图中的图象显示了在 0≤x≤32π0 \le x \le \frac{3}{2}\pi 弧度范围内的曲线 y=4−2cos⁡2xy = 4 - 2\cos 2x 以及一条通过点 PP 和 RR 的直线。PP 的坐标为 (0,−1)(0, -1),且 RR 是曲线的一个极小值点。 求由曲线 y=4−2cos⁡2xy = 4 - 2\cos 2x、线段 PRPR 以及 yy 轴所围成区域的面积。 第 10 题答题空间的延续。

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完整解法

10

1. Find the coordinates of the minimum point $R$.

For y=4−2cos⁡2xy = 4 - 2\cos 2x to be a minimum, cos⁡2x\cos 2x must be at its maximum value of 11.
y=4−2(1)=2y = 4 - 2(1) = 2
cos⁡2x=1  ⟹  2x=0,2π,4π,…\cos 2x = 1 \implies 2x = 0, 2\pi, 4\pi, \dots
From the diagram, RR is the first minimum after x=0x=0, so 2x=2π  ⟹  x=π2x = 2\pi \implies x = \pi.
The coordinates of RR are (π,2)(\pi, 2).

2. Find the equation of the line $PR$.

The line passes through P(0,−1)P(0, -1) and R(π,2)R(\pi, 2).
Gradient m=2−(−1)π−0=3πm = \frac{2 - (-1)}{\pi - 0} = \frac{3}{\pi}
The yy-intercept is −1-1.
Equation of line PRPR: y=3πx−1y = \frac{3}{\pi}x - 1

3. Set up the definite integral for the area bounded by the curve and the line.

Area=∫0π[(4−2cos⁡2x)−(3πx−1)] dx\text{Area} = \int_{0}^{\pi} \left[ (4 - 2\cos 2x) - \left(\frac{3}{\pi}x - 1\right) \right] \, dx
Area=∫0π(5−2cos⁡2x−3πx) dx\text{Area} = \int_{0}^{\pi} \left( 5 - 2\cos 2x - \frac{3}{\pi}x \right) \, dx

4. Integrate the expression.

∫(5−2cos⁡2x−3πx) dx=5x−sin⁡2x−32πx2\int \left( 5 - 2\cos 2x - \frac{3}{\pi}x \right) \, dx = 5x - \sin 2x - \frac{3}{2\pi}x^2

5. Evaluate the definite integral to find the final area.

Area=[5x−sin⁡2x−32πx2]0π\text{Area} = \left[ 5x - \sin 2x - \frac{3}{2\pi}x^2 \right]_{0}^{\pi}
=(5π−sin⁡2π−32π(π)2)−(0−sin⁡0−0)= \left( 5\pi - \sin 2\pi - \frac{3}{2\pi}(\pi)^2 \right) - (0 - \sin 0 - 0)
=5π−0−32π=7π2= 5\pi - 0 - \frac{3}{2}\pi = \frac{7\pi}{2}

答案

7π2\frac{7\pi}{2}

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